CN113027592A - 内燃发动机冷却剂流量控制 - Google Patents

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CN113027592A CN202011441651.6A CN202011441651A CN113027592A CN 113027592 A CN113027592 A CN 113027592A CN 202011441651 A CN202011441651 A CN 202011441651A CN 113027592 A CN113027592 A CN 113027592A
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Abstract

一种内燃发动机，包括发动机缸体、包括气缸壁的燃烧缸、机油和发动机冷却剂。内燃发动机的控制包括在温度状态估计器中估计气缸壁温度，将估计的气缸壁温度与预定温度阈值进行比较，以及当估计的气缸壁温度超过预定温度阈值时，在发动机中循环发动机冷却剂。

Description

内燃发动机冷却剂流量控制
技术领域
本公开涉及内燃发动机，具体涉及内燃发动机冷却剂的流量控制。
背景技术
在燃烧室和周围部件达到某个最佳温度范围之前，内燃发动机机运行效率低下。因此，希望尽可能快地达到最佳温度范围，以提高燃烧效率、发动机向外排放和废气后处理系统中更快的催化剂启用。为此，众所周知的是通过将排气歧管与缸盖集成来从排气导管捕获排气热。还已知的是，延迟冷却剂在缸体周围的循环，以避免从气缸壁散热，并最小化达到最佳燃烧温度的时间。然而，超过最佳温度范围可能导致发动机冷却剂沸腾，并导致在封闭的冷却系统内的不希望的压力事件。气缸壁温度是衡量燃烧室温度状况的最佳指标之一。然而，在开发环境之外，直接测量气缸壁温度是不切实际的。
发明内容
在一示例性实施例中，内燃发动机包括发动机缸体、包括气缸壁的燃烧气缸、机油和发动机冷却剂。控制内燃发动机的方法包括在温度状态估计器中估计气缸壁温度，将估计的气缸壁温度与预定温度阈值进行比较，以及当估计的气缸壁温度超过预定温度阈值时，在发动机中循环发动机冷却剂。
除了此处描述的一个或多个特征外，温度状态估计器包括基于在内燃发动机内的模型化的热传递的多个温度动力学关系。
除了在此所述的一个或多个特征外，内燃发动机内的模型化的热传递还包括从燃烧气体到气缸壁的热传递
Figure BDA0002822467970000011
从气缸壁到发动机冷却剂的热传递
Figure BDA0002822467970000012
从气缸壁到机油的热传递
Figure BDA0002822467970000013
从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递
Figure BDA0002822467970000014
从发动机缸体到周围空气的热传递
Figure BDA0002822467970000015
以及从机油到发动机缸体的热传递
Figure BDA0002822467970000016
除了在此所述的一个或多个特征外，所述多个温度动力学关系还包括气缸壁温度动力学关系，该关系包括基于气缸内绝热温度升高占气缸内燃烧气体温度升高的分数的燃烧气体到气缸壁热传递的项。。
除了在此所述的一个或多个特征之外，所述多个温度动力学关系还包括气缸壁温度动力学关系
Figure BDA0002822467970000021
其中
Figure BDA0002822467970000022
包括气缸壁的质量，
Figure BDA0002822467970000023
包括气缸壁的比热，
Figure BDA0002822467970000024
包括气缸壁温度，
Figure BDA0002822467970000025
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，
Figure BDA0002822467970000026
包括从气缸壁到机油的热传递，以及
Figure BDA0002822467970000027
包括从燃烧气体到气缸壁的热传递。
除了在此所述的一个或多个特征外，从燃烧气体到气缸壁的热传递
Figure BDA0002822467970000028
根据
Figure BDA0002822467970000029
确定，其中B包括气缸孔直径，kg包括气缸壁的导热系数，Re包括雷诺数，a和b包括发动机特定参数，以及Tg,corr包括燃烧气体温度校正项，其部分基于气缸内绝热温度升高占气缸内燃烧气体温度升高的分数。
除了在此所述的一个或多个特征之外，所述多个温度动力学关系包括气缸壁温度动力学关系
Figure BDA00028224679700000210
其中
Figure BDA00028224679700000211
包括气缸壁的质量，
Figure BDA00028224679700000212
包括气缸壁的比热，
Figure BDA00028224679700000213
包括气缸壁温度，
Figure BDA00028224679700000214
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，
Figure BDA00028224679700000215
包括从气缸壁到机油的热传递，以及
Figure BDA00028224679700000216
包括从燃烧气体到气缸壁的热传递。所述多个温度动力学关系的包括发动机冷却剂流出温度动力学关系
Figure BDA00028224679700000217
其中
Figure BDA00028224679700000218
包括在围绕气缸壁的通道中的发动机冷却剂的质量，
Figure BDA00028224679700000219
包括发动机冷却剂的比热，
Figure BDA00028224679700000220
包括发动机冷却剂流出温度，
Figure BDA00028224679700000221
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，以及
Figure BDA00028224679700000222
包括从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递。所述多个温度动力学关系包括发动机缸体温度动力学关系
Figure BDA00028224679700000223
其中
Figure BDA00028224679700000224
包括发动机缸体的质量，
Figure BDA00028224679700000225
包括发动机缸体的比热，
Figure BDA00028224679700000226
包括发动机缸体温度，
Figure BDA00028224679700000227
包括从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递，
Figure BDA00028224679700000228
包括从机油到发动机缸体的热传递，以及
Figure BDA00028224679700000229
包括从发动机缸体到周围空气的热传递。所述多个温度动力学关系包括机油温动力学关系
Figure BDA00028224679700000230
其中
Figure BDA00028224679700000231
包括机油的质量，
Figure BDA00028224679700000232
包括机油的比热，
Figure BDA00028224679700000233
包括机油温度，
Figure BDA00028224679700000234
包括从气缸壁到机油的热传递，
Figure BDA0002822467970000031
包括从发动机冷却剂到机油的热传递，
Figure BDA0002822467970000032
包括从发动机缸体到机油的热传递，以及Sfric包括来自机械摩擦的传递到机油的热量。
除了在此所述的一个或多个特征外，从燃烧气体传递到气缸壁的热传递
Figure BDA0002822467970000033
是根据
Figure BDA0002822467970000034
确定的，其中B包括气缸孔直径，kg包括气缸壁的导热系数，Re包括雷诺数，a和b包括发动机特定参数，以及Tg,corr包括燃烧气体温度校正项，其部分基于气缸内绝热温度升高占气缸内燃烧气体温度升高的分数。
在另一示例性实施例中，内燃发动机机包括发动机缸体、包括气缸壁的燃烧气缸、机油和发动机冷却剂。一种用于控制内燃发动机的方法，该方法包括将内燃发动机建模为多个热传递，基于所述多个热传递定义多个温度状态方程，测量多个温度状态变量，在控制器内实施热状态模型，其包括多个温度状态方程，包括接收多个温度状态变量并提供估计的气缸壁温度，并基于估计的气缸壁温度来控制内燃发动机中的发动机冷却剂流量。
除了在此所述的一个或多个特征外，所述多个热传递还包括从燃烧气体到气缸壁的热传递
Figure BDA0002822467970000035
从气缸壁到发动机冷却剂的热传递
Figure BDA0002822467970000036
从气缸壁到机油的热传递
Figure BDA0002822467970000037
从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递
Figure BDA0002822467970000038
从发动机缸体到周围空气的热传递
Figure BDA0002822467970000039
以及从机油到发动机缸体的热传递
Figure BDA00028224679700000310
除了在此所处的一个或多个特征外，所述多个温度状态方程包括气缸壁温度状态方程的
Figure BDA00028224679700000311
其中
Figure BDA00028224679700000312
包括气缸壁的质量，
Figure BDA00028224679700000313
包括气缸壁的比热，
Figure BDA00028224679700000314
包括气缸壁温度，
Figure BDA00028224679700000315
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，
Figure BDA00028224679700000316
包括从气缸壁到机油的热传递，以及
Figure BDA00028224679700000317
包括从燃烧气体到气缸壁的热传递。
除了在此所述的一个或多个特征外，从燃烧气体到气缸壁的热传递
Figure BDA00028224679700000318
根据
Figure BDA00028224679700000319
确定，其中B包括气缸孔直径，kg包括气缸壁的导热系数，Re包括雷诺数，a和b包括发动机特定参数，以及Tg,corr包括燃烧气体温度校正项，其部分基于气缸内绝热温度升高占气缸内燃烧气体温度升高的分数。
除了在此所述的一个或多个特征外，所述多个温度状态方程还包括气缸壁温度状态方程
Figure BDA0002822467970000041
其中
Figure BDA0002822467970000042
包括气缸壁的质量，
Figure BDA0002822467970000043
包括气缸壁的比热，
Figure BDA0002822467970000044
包括气缸壁温度，
Figure BDA0002822467970000045
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，
Figure BDA0002822467970000046
包括从气缸壁到机油的热传递，以及
Figure BDA0002822467970000047
包括从燃烧气体到气缸壁的热传递。所述多个温度状态方程包括发动机冷却剂温度流出状态方程
Figure BDA0002822467970000048
其中
Figure BDA0002822467970000049
包括在围绕气缸壁的通道中的发动机冷却剂的质量，
Figure BDA00028224679700000410
包括发动机冷却剂的比热，
Figure BDA00028224679700000411
包括发动机冷却剂流出温度，
Figure BDA00028224679700000412
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，以及
Figure BDA00028224679700000413
包括从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递。所述多个温度状态方程包括发动机缸体温度状态方程
Figure BDA00028224679700000414
Figure BDA00028224679700000415
其中
Figure BDA00028224679700000416
包括发动机缸体的质量，
Figure BDA00028224679700000417
包括发动机缸体的比热，
Figure BDA00028224679700000418
包括发动机缸体温度，
Figure BDA00028224679700000419
包括从发动机冷却剂到发动机缸体的热量传递，
Figure BDA00028224679700000420
包括从机油到发动机缸体的热传递，以及
Figure BDA00028224679700000421
包括从发动机缸体到周围空气的热传递。所述多个温度状态方程的包括机油温状态方程
Figure BDA00028224679700000422
其中
Figure BDA00028224679700000423
包括机油的质量，
Figure BDA00028224679700000424
包括机油的比热，
Figure BDA00028224679700000425
包括机油温度，
Figure BDA00028224679700000426
包括从气缸壁到机油的热传递，
Figure BDA00028224679700000427
包括从发动机冷却剂到机油的热传递，
Figure BDA00028224679700000428
包括从发动机缸体到机油的热传递，以及Sfric包括来自机械摩擦的传递到机油的热量。
除了在此所述的一个或多个特征外，从燃烧气体到气缸壁的热传递
Figure BDA00028224679700000429
是根据
Figure BDA00028224679700000430
确定的，其中B包括气缸孔直径，kg包括气缸壁的导热系数，Re包括雷诺数，a和b包括发动机特定参数，以及Tg,corr包括燃烧气体温度校正项，其部分基于气缸内绝热温度升高占气缸内燃烧气体温度升高的分数。
在又一示例性实施例中，内燃发动机包括发动机缸体、具有气缸壁的燃烧气缸、机油和发动机冷却剂。用于控制内燃发动机的设备包括：发动机冷却剂泵；用于测量发动机缸体温度的发动机缸体温度传感器；用于测量发动机冷却剂流出温度的发动机冷却剂流出温度传感器；以及用于测量发动机机油温度的机油温度传感器。控制模块执行热状态模型，其包括发动机缸体温度、发动机冷却剂流出温度和机油温度作为状态变量输入。该热状态模型包括多个温度状态方程，该多个温度状态方程包括气缸壁温度状态等式，其包括燃烧气体至气缸壁的热传递项，该项基于燃烧绝热系数，该热状态模型提供估计的气缸壁温度。控制模块基于估计的气缸壁温度控制发动机冷却剂泵。
除了在此所述的一个或多个特征外，所述多个温度状态方程还包括气缸壁温度状态方程
Figure BDA0002822467970000051
其中
Figure BDA0002822467970000052
包括气缸壁的质量，
Figure BDA0002822467970000053
包括气缸壁的比热，
Figure BDA0002822467970000054
包括气缸壁的温度，
Figure BDA0002822467970000055
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，
Figure BDA0002822467970000056
包括从气缸壁到机油的热传递，以及
Figure BDA0002822467970000057
包括从燃烧气体到气缸壁的热传递。
除了在此所述的一个或多个特征外，从燃烧气体到气缸壁的热传递
Figure BDA0002822467970000058
是根据
Figure BDA0002822467970000059
确定的，其中B包括气缸孔直径，kg包括气缸壁的导热系数，Re包括雷诺数，a和b包括发动机特定参数，以及Tg,corr包括燃烧气体温度校正项，其部分基于气缸内绝热温度升高占气缸内燃烧气体温度升高的分数。
除了本文描述的一个或多个特征之外，所述多个温度状态方程还包括发动机冷却剂流出温度状态方程、发动机缸体温度状态方程和机油温度状态方程。
除了在此所述的一个或多个特征外，所述多个温度状态方程还包括气缸壁温度状态方程
Figure BDA00028224679700000510
其中
Figure BDA00028224679700000511
包括气缸壁的质量，
Figure BDA00028224679700000512
包括气缸壁的比热，
Figure BDA00028224679700000513
包括气缸壁的温度，
Figure BDA00028224679700000514
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，
Figure BDA00028224679700000515
包括从气缸壁到机油的热传递，以及
Figure BDA00028224679700000516
包括从燃烧气体到气缸壁的热传递。所述多个温度状态方程包括发动机冷却剂温度流出状态方程
Figure BDA00028224679700000517
其中
Figure BDA00028224679700000518
包括在围绕气缸壁的通道中的发动机冷却剂的质量，
Figure BDA00028224679700000519
包括发动机冷却剂的比热，
Figure BDA00028224679700000520
包括发动机冷却剂流出温度，
Figure BDA00028224679700000521
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，以及
Figure BDA00028224679700000522
包括从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递。所述多个温度状态方程包括发动机缸体温度状态方程
Figure BDA00028224679700000523
Figure BDA00028224679700000524
其中
Figure BDA00028224679700000525
包括发动机缸体的质量，
Figure BDA00028224679700000526
包括发动机缸体的比热，
Figure BDA00028224679700000527
包括发动机缸体温度，
Figure BDA00028224679700000528
包括从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递，
Figure BDA00028224679700000529
包括从机油到发动机缸体的热传递，以及
Figure BDA00028224679700000530
包括从发动机缸体到周围空气的热传递。所述多个温度状态方程的包括机油温状态方程
Figure BDA0002822467970000061
其中
Figure BDA0002822467970000062
包括机油的质量，
Figure BDA0002822467970000063
包括机油的比热，
Figure BDA0002822467970000064
包括机油的温度，
Figure BDA0002822467970000065
包括从气缸壁到机油的热传递，
Figure BDA0002822467970000066
包括从发动机冷却剂到机油的热传递，
Figure BDA0002822467970000067
包括从发动机缸体到机油的热传递，以及Sfric包括来自机械摩擦的传递到机油的热量。
除了在此所述的一个或多个特征之外，热状态模型还包括扩展的卡尔曼滤波器。
当结合附图时，根据以下详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
其他特征、优点和细节仅通过示例方式在下面的详细描述中呈现，该详细描述参考附图，其中：
图1示出了根据本公开的示例性内燃发动机系统；
图2示出了根据本公开的示例性内燃发动机冷却系统；
图3示出了根据本公开的配置为用于估计气缸壁温度的温度状态估计器的简化示意图；
图4示出了根据本公开的在全部的发动机速度和燃料速率的范围内的燃烧绝热效率的示例性表面映射表示；
图5示出了根据本公开的触发冷却剂流的过程的示例性流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或使用。在所有附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。如本文所用，控制模块、模块、控件、控制器、控制单元、电子控制单元、处理器和类似术语是以下任何一个或各种组合：一个或多个专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(优选为微处理器)和相关存储器和存储装置(只读存储器、随机存取存储器、电可编程只读存储器、硬盘驱动器等)、或执行一个或多个软件或固件程序或例程的微控制器、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备(I/O)以及适当的信号调节和缓冲电路、高速时钟、模数(A/D)和数模(D/A)电路以及提供所述功能的其他组件。控制模块可以包括各种通信接口，包括点到点或离散线以及到网络的有线或无线接口，所述网络包括广域网和局域网、车辆控制局域网以及厂内和服务相关网络。本公开中阐述的控制模块的功能可以在几个网络控制模块之间的分布式控制架构中执行。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语表示任何控制器可执行的指令集，包括校准、数据结构和查找表。控制模块具有一组被执行来提供所述功能的控制例程。例程例如由中央处理单元执行，并且可操作来监控来自感测设备和其他网络控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。在正在进行的发动机和车辆运行期间，可以定期执行例程。可选地，例程可以响应于事件、软件调用的发生或者经由用户界面输入或请求的需求而被执行。
图1示意性示出了示例性内燃发动机系统101的单个气缸。发动机气缸包括由往复活塞107的冠部105、气缸壁109和气缸盖111限定的燃烧室103。气缸盖111联接至发动机缸体113，并且可包括多个进气阀117和多个排气阀119。发动机缸体可包括进气阀和排气阀中的每个的一个或多个。气门机构121通常与气缸盖的与燃烧室103相反的一侧相关联，气门机构121包括例如凸轮轴、连杆和相位器(未示出)，用于进行操作，包括选择性地启用和禁用进气阀117和排气阀117。替代地，电动或液压电动阀致动系统是已知的，其执行进气阀和排气阀致动功能。进气123通过进气流道125被吸入燃烧室103，并且排气127通过排气流道129从燃烧室103排出。进气流道125可以与进气歧管(未示出)流体连通。排气流道129可以与排气歧管(未示出)流体连通。气缸盖111可以集成排气歧管。冷却剂套可以包括具有发动机冷却剂115的许多互连通道，并且当与排气歧管集成在一起时，可以由贯穿包括排气歧管的整个气缸盖的通道133限定。集成排气歧管构造的实质益处是已知的，并且包括在发动机冷启动期间的废热回收，以有助于更快地达到最佳缸内燃烧温度。气缸壁109可以直接形成在铸铁发动机缸体113中，或者可以包括例如压入铝发动机缸体的铸铁套筒。这样的套筒构造可以是湿的，其中外套管表面与发动机冷却剂直接接触并限定冷却剂套的一部分，或者是干的，其中外套管表面不与发动机冷却剂直接接触，而是有中间壁位于外套筒表面和发动机冷却剂之间。如本文所用，术语“气缸壁”应理解为是指基本上限定燃烧室的内部，且在燃烧室的内部与发动机冷却剂通道之间的导热结构。如本领域普通技术人员所公知的，机油在发动机运行期间流经遍及整个发动机缸体的多个油道136。
内燃发动机系统101可以包括控制系统架构135，该控制系统架构135包括多个电子控制单元(ECU)137，其可以经由总线结构139通信地联接以执行控制功能和信息共享，包括本地地并且以分布式方式执行控制例程。如本领域普通技术人员所公知的，总线结构139可以包括控制器局域网(CAN)。一个示例性ECU可以包括发动机控制器145，该发动机控制器145主要基于多个输入150-160执行与内燃发动机监视、控制和诊断有关的功能。尽管输入151-160被示为直接联接至发动机控制器145，但是可以从各种众所周知的传感器、计算、推导、综合、其他ECU以及通过CAN或其他本领域普通技术人员众所周知的总线结构139向发动机控制器145提供输入或在发动机控制器145内提供输入。输入包括
Figure BDA0002822467970000081
Figure BDA0002822467970000082
FPC 155，APC 156，VSS 157，ωeng158，Tamb159，以及
Figure BDA0002822467970000083
其中：
TIM是进气歧管空气的温度，
Figure BDA0002822467970000084
是机油的温度，
Figure BDA0002822467970000085
发动机冷却剂进入温度，是进入发动机的发动机冷却剂的温度，
Figure BDA0002822467970000086
发动机冷却剂流出温度，是离开发动机的发动机冷却剂的温度，
Figure BDA0002822467970000087
是发动机缸体的温度，
FPC是每缸燃油，
APC是每缸空气，
VSS是车辆的速度，
ωeng是发动机的速度，
Tamb是环境空气的温度，并且
Figure BDA0002822467970000088
机油热换热器冷却剂流出温度，是指离开机油热换热器的发动机冷却剂的温度。
在一个实施例中，至少发动机冷却剂流出温度、发动机缸体温度和机油温度由相应的传感器测量。在另一个实施例中，所有温度输入由相应的温度传感器测量。
继续参考图1，内燃发动机系统101被建模为多个热传递
Figure BDA0002822467970000089
Figure BDA00028224679700000810
以及
Figure BDA00028224679700000811
具体如下：
Figure BDA00028224679700000812
是从燃烧气体到气缸壁的热传递，
Figure BDA0002822467970000091
是从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，
Figure BDA0002822467970000092
是从气缸壁(和活塞头)到机油的热传递，
Figure BDA0002822467970000093
是从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递，
Figure BDA0002822467970000094
是从发动机缸体到周围空气的热量传递，以及
Figure BDA0002822467970000095
是从机油到发动机缸体的热传递。
图2示意性地示出了图1的示例性内燃发动机系统101的示例性内燃发动机冷却系统201。内燃发动机系统101包括发动机缸体113和发动机缸盖111，发动机缸盖111可以包括集成的排气歧管。如本文所述，冷却剂包含在冷却剂套内，并且当冷却剂泵213旋转时流动。冷却剂通过冷却剂泵入口软管231吸入冷却剂泵213中，并通过发动机入口软管233离开泵213。发动机入口软管233可以流体地联接到发动机缸体113中的入口235。冷却剂从入口软管233流入冷却剂套，以流过围绕每个气缸的通道131，如本文所述。冷却剂从发动机缸体流过包括集成排气歧管在内的整个气缸盖的通道133。冷却剂可以通过包括例如主出口237的各种出口离开发动机。冷却剂可从主出口237流到可控旋转阀251。可控旋转阀251可将冷却剂流引导至旁通软管227、机油热换热器入口软管253和散热器入口软管225。冷却剂可流经散热器入口软管225并流至散热器209。冷却剂可通过散热器出口软管229离开散热器并流到阀壳211。冷却剂也可以通过旁通软管227流入并通过阀壳211进入冷却剂泵入口软管231。冷却剂可流过机油热换热器入口软管253，并流进机油热换热器254。冷却剂可通过机油热换热器出口软管255离开机油热换热器254，并流至阀壳211。可以包括在缸盖111内或其附近的阀壳211可以包括阀241，其用于关闭或打开从散热器返回软管229和机油热换热器出口软管255到冷却剂泵213入口软管231的冷却剂路径。阀241可以是恒温控制阀。可替代地，阀241可以是电控阀，其响应于来自发动机控制器145的控制信号，以与本文关于恒温控制阀相同的方式来打开和关闭控制流。因此，可以理解，当冷却剂泵213不旋转时，冷却剂不会流过发动机缸体113和发动机缸盖111。当冷却剂泵213旋转时，冷却剂至少以再循环模式通过包括旁通软管227和阀壳211的旁通回路流过发动机缸体113和发动机盖111。在冷却剂泵旋转、阀241打开且旋转阀251正确定位的情况下，冷却剂流经发动机缸体113、发动机缸盖111并流过散热器回路，散热器回路包括主出口237、散热器入口软管225、散热器209、散热器出口软管229和阀壳211。并且，在冷却剂泵旋转、阀241打开且旋转阀251正确定位的情况下，冷却剂流经发动机缸体113、发动机缸盖111并流过包括主出口237、机油热换热器入口软管253、机油热换热器254，机油热换热器出口软管255和阀壳211的机油热换热器回路。泵213可以由电动机223或附件驱动系统243旋转驱动。驱动冷却剂泵213的电动机223优选地能够变速操作，使得可以可变地控制冷却剂泵的排量。附件驱动系统243驱动的冷却剂泵213可以包括可控制的离合器装置221，离合器装置221用于将冷却剂泵213可控制地联接到附件驱动系统243，附件驱动系统243包括例如从动皮带轮219、驱动皮带轮215和附件皮带217。
在内燃发动机研发环境之外，通过传感技术直接测量内燃发动机气缸壁温度仍然不切实际。根据本公开，气缸壁温度
Figure BDA0002822467970000101
可以使用包括温度状态估计器的热状态模型精确确定。在一个实施例中，在基本静态的冷却剂流动状况期间实施热状态模型，同时禁用发动机冷却剂泵送。图3示出了配置用于估计气缸壁温度
Figure BDA0002822467970000102
的温度状态估计器301的简化示意图，估算基于第一多个(N)测得的系统动态温度y 303和多个外部变量305，包括
Figure BDA0002822467970000103
FPC 155，APC 156，VSS 157，ωeng158，Tamb159以及
Figure BDA0002822467970000104
如上文相对于图1所阐述的那样。将第一多个(N)测得的系统动态温度(即温度状态变量)y 303和多个外部变量305输入到热状态模型307。热状态模型307包括第二多个(N+1)温度动力学关系(即温度状态方程)310、312、314、316，以及对应的第二多个(N+1)的估计温度(即状态估计)
Figure BDA0002822467970000105
热状态模型307可以被实现或执行为发动机控制器145(图1)内或附加或替代地在一个或多个其他ECU 137(图1)内的软件例程。优选地，第一多个(N)测得的系统动态温度y 303包括以下感测到的温度输入矢量：
Figure BDA0002822467970000106
第二多个(N+1)估算温度
Figure BDA0002822467970000107
优选包括以下估计的温度输出矢量：
Figure BDA0002822467970000108
热状态模型307优选地包括卡尔曼滤波器和相关的增益。更特别地，优选的卡尔曼滤波器适于非线性系统动力学，例如作为扩展卡尔曼滤波器(EKF)或无损卡尔曼滤波器(UKF)。在本文中进一步讨论和研究了第二多个(N+1)温度动力学关系(即，温度状态方程)310、312、314、316。
根据本公开，在不直接测量的的情况下，用于确定内燃发动机中的气缸壁温度
Figure BDA0002822467970000111
的方法和系统包括温度状态估计301的热状态模型307的气缸壁温度动力学关系310。气缸壁温度动力学关系310包括定义气缸壁温度
Figure BDA0002822467970000112
与同气缸壁相关联的主要热传递
Figure BDA0002822467970000113
的气缸壁温度动力学关系，如下式[1]：
Figure BDA0002822467970000114
其中，
Figure BDA0002822467970000115
是气缸壁的质量，
Figure BDA0002822467970000116
是气缸壁的比热，
Figure BDA0002822467970000117
是气缸壁温度，
Figure BDA0002822467970000118
是从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，
Figure BDA0002822467970000119
是从气缸壁到机油的热传递，以及
Figure BDA00028224679700001110
是从燃烧气体到气缸壁的热传递。
根据以下方程[2]-[4]在各个相邻的热介质温度差的方面进一步定义热传递：
Figure BDA00028224679700001111
其中，
Figure BDA00028224679700001112
是气缸壁到冷却剂的热传递系数，
Figure BDA00028224679700001113
是气缸壁到冷却剂界面的表面积，
Figure BDA00028224679700001114
是气缸壁温度，并且
Figure BDA00028224679700001115
是发动机冷却剂流出温度。
Figure BDA00028224679700001116
其中，
Figure BDA00028224679700001117
是气缸壁到机油的传热系数，
Figure BDA00028224679700001118
是气缸壁到机油界面的表面积，
Figure BDA00028224679700001119
是气缸壁温度，并且
Figure BDA00028224679700001120
是机油温度。
Figure BDA00028224679700001121
其中，
Figure BDA00028224679700001122
是燃烧气体到气缸壁的传热系数，
Figure BDA00028224679700001123
是燃烧气体与气缸壁界面的表面积，
Figure BDA00028224679700001124
是燃烧气体温度，并且
Figure BDA00028224679700001125
是气缸壁温度。
出于当前目的，假设气缸壁与发动机冷却剂之间的热传递是无损失的，特别因为薄气缸壁的相对较低的热质量以及气缸壁与发动机冷却剂之间的基本上排他的热传递路径，气缸壁处仅有的其他传热路径是圆角122处相对较小的替代路径(图1)，其围绕每个气缸的通道131的最高和最低极限处。因此，可以用发动机冷却剂传热系数、发动机冷却剂表面积和发动机冷却剂流出温度代替相应的气缸壁量，从而得到近似的在燃烧气体和气缸壁之间的传热关系式[5]。这种假设的基本原理和在和发动机冷却剂温相关方面根据关系式[5]的定义近似传热关系的可取性包括测量气缸壁温度
Figure BDA0002822467970000129
的固有困难，特别是在用于生产的内燃发动机系统中。燃烧气体与气缸壁之间的近似热传递关系可以用等式[5]表示，假设气缸壁和发动机冷却剂之间无损传热，等式[5]如下：
Figure BDA0002822467970000121
其中，
Figure BDA0002822467970000122
是等效的燃烧气体与发动机冷却剂的热传递系数，
Figure BDA0002822467970000123
是等效燃烧气体到发动机冷却剂界面表面积，
Figure BDA0002822467970000124
是燃烧气体温度，并且
Figure BDA0002822467970000125
是发动机冷却剂流出温度。
已认识到组合的传热系数和表面积项
Figure BDA0002822467970000126
可以根据本领域普通技术人员所理解的发动机特定参数而被精确地近似地估计。再次合理地假设气缸壁和发动机冷却剂之间的无损传热可以做到这一点。这样，组合的传热系数和表面积组合项的等价项
Figure BDA0002822467970000127
可以用等式[6]表示，如下：
Figure BDA0002822467970000128
其中，B是气缸孔直径，
kg是气缸壁的热导率，并且
Nu是努塞尔特数。
努塞尔数Nu可以进一步用等式[7]表示和确定如下：
Nu＝aReb [7]
其中Re是雷诺数，并且
a和b是发动机特定参数，其可以从发动机特定的努塞尔数和发动机特定的雷诺数之间的关系推断出，这是本领域普通技术人员所熟知的。
雷诺数在等式[8]中进一步定义如下：
Figure BDA0002822467970000131
其中B是气缸孔直径，
Figure BDA0002822467970000132
是气缸充气质量流量(FPC+APC)，
μg是气体粘度。
气缸壁的导热系数kg以及气体粘度μg如本领域普通技术人员所理解的，可以通过关于特定发动机的设计和开发期间的发动机等效比的实验而容易地获得。同样，努塞尔数Nu和雷诺数Re之间的关系也可以用于得出发动机特定参数a和b。
合并方程[5]-[7]产生等式[9]如下：
Figure BDA0002822467970000133
从而在设计和开发过程中根据发动机的特定参数确定
Figure BDA0002822467970000134
需注意等式[9]的括号内的温差部分。根据本公开的主要兴趣不是燃烧气体与发动机冷却剂流出温度之间的关系，
Figure BDA0002822467970000135
和
Figure BDA0002822467970000136
而是燃烧气体与气缸壁温度之间的关系，
Figure BDA0002822467970000137
和
Figure BDA0002822467970000138
但是，测量燃烧气体温度
Figure BDA0002822467970000139
尤其在用于生产的内燃发动机系统中也是固有地困难的。并且，尽管在假设气缸壁和发动机冷却剂之间无损热传递的情况下，燃烧气体到气缸壁的热传递和燃烧气体到发动机冷却剂的热传递是大致相等的，但是根据本公开，为了尽可能精确的估计在大多数情况下仍然需要考虑这种差异。因此有利地，等式[9]可以通过增加和减去气缸壁温度
Figure BDA00028224679700001310
来进行修改，如下面等式[10]中下划线的项所突出显示的那样。这些项的下划线在数学上没有任何意义，仅是被用于引起对现在包含的项的注意。
Figure BDA00028224679700001311
等式[10]右侧括号中的前三个温度项现在被汇总为燃烧气体温度校正项，Tg,corr，其大约等于燃烧气体的温度
Figure BDA00028224679700001312
但这解释壁和冷却剂之间的小温差即
Figure BDA00028224679700001313
因此，在用燃烧气体温度校正项Tg,corr代替的情况下，等式[10]可以重新表述为以下等式[11]:
Figure BDA00028224679700001314
气缸壁温度动力学关系式[1]结合了气缸壁到发动机冷却剂，以及气缸壁到机油的热传递，等式[2]和[3]分别并进一步结合了气体到壁的热传递，等式[11]因此可以重新表述为以下等式[12]中的气缸壁温度动力学关系:
Figure BDA0002822467970000141
现在期望确定燃烧气体温度校正项Tg,corr，作为根据等式[12]中重新表述的气缸壁温度动力学关系提供气缸壁温
Figure BDA0002822467970000142
解决方案的中间步骤。为此，燃烧气体温度的变化ΔTg被建模为以下等式[13]：
ΔTg＝Tg,corr-TIM [13]
其中TIM是进气歧管空气的温度。
发动机气缸内的绝热温度升高ΔTadiab从下面的等式[14]中可知：
Figure BDA0002822467970000143
其中
Figure BDA0002822467970000144
是燃料质量流量(即FPC)，
Figure BDA0002822467970000145
是废气的比热，
Figure BDA0002822467970000146
是气缸充气质量流量(即FPC+APC)，并且
Cghv是燃料(气体)的热能。
等式[14]的重布置以及用FPC和APC代替质量流量导致发动机气缸内绝热温度升高ΔTadiab，如下：
Figure BDA0002822467970000147
本领域普通技术人员认识到该项术语
Figure BDA0002822467970000148
表示缸体充气的燃料质量分数，如果可以作为控制量使用，可以代替它。
发动机气缸内绝热温度升高的分数对气缸内燃烧气体温度升高有贡献，这对应于燃烧气体温度校正项Tg,corr，其可以在等式[16]中定义如下：
Figure BDA0002822467970000149
该分数αg,corr在本文中可以被称为燃烧绝热效率。通过使用本文等式[13]-[16]的替换和重布置，等式[17]对于燃烧气体温度校正项Tg,corr的表述部分根据定义的燃烧绝热效率αg,corr来定义的，如下：
Figure BDA00028224679700001410
燃烧绝热效率，
Figure BDA00028224679700001411
可以在生产前的发动机开发周期内常规进行的全范围性能评估(FRaPA)期间，在配备齐全的发动机上进行准确评估和确定。例如，图4示出了燃烧绝热效率αg,corr403的一种这样的表面映射表示401，其在整个发动机转速范围内(ωeng)407(以RPM为单位)和以mg/cyl/cycle为单位的燃油费率(FPC)405内，例如对应于示例性内燃发动机的一个示例性进气歧管空气温度(TIM)。用于其他进气歧管空气温度的其他这样的映射可以在示例性发动机的FRaPA期间执行，并且可以包括由除了发动机速度、燃料率和进气歧管空气温度之外的其他参数表示的附加尺寸，例如，大气压，湿度，环境温度，可变燃料，增压空气压缩等。但是，并非所有参数都对燃烧绝热效率αg,corr产生同等影响，并且本领域普通技术人员将能够确定出于本公开的目的有利地考虑了哪些附加参数(如果有)。另外，如本领域普通技术人员所熟知和通常实践的，可以采用各种用于最小化这种校准数据集的技术。可以想到发动机转速(VSS)，燃油率(FPC)和进气歧管空气温度(TIM)参数可以在根据本公开确定燃烧绝热效率αg,corr时提供足够的保真度。因此，与燃烧绝热效率αg,corr、发动机转速(ωeng)、燃油率(FPC)和进气歧管空气温度(TIM)相关的校准数据集与等式[17]一起使用，以便有效确定燃烧气体温度校正项Tg,corr。优选地，燃烧绝热效率αg,corr是从以查询表的形式的一个或多个最小化数据集中返回的，该查询表由发动机速度(ωeng)、燃油率(FPC)和进气歧管空气温度(TIM)援引。
因此，方程[12]是气缸壁温度动力学关系的完全定义形式，其包括定义的燃烧气体温度校正项Tg,corr，包括定义的燃烧绝热效率αg,corr，提供了气缸壁温度动力学关系310，该关系在温度状态估计器301(图3)的热状态模型307中利用以返回估计的气缸壁温度
Figure BDA0002822467970000151
在温度状态估计器301(图3)的热状态模型307中利用的其余三个温度动力学关系312、314和316以及分别返回的针对发动机冷却剂
Figure BDA0002822467970000152
发动机缸体
Figure BDA0002822467970000153
和机油
Figure BDA0002822467970000154
的估计温度
Figure BDA0002822467970000155
根据各自的主要热传递
Figure BDA0002822467970000156
而得到。
发动机冷却剂流出温度动力学关系312包括如下面等式[18]定义的发动机冷却剂流出温度动力学关系:
Figure BDA0002822467970000157
其中，
Figure BDA0002822467970000158
是围绕气缸壁的通道中的发动机冷却剂的质量，
Figure BDA0002822467970000159
是发动机冷却剂的比热，
Figure BDA0002822467970000161
是发动机冷却剂的质量流量，
Figure BDA0002822467970000162
是发动机冷却剂的温度，
Figure BDA0002822467970000163
是发动机冷却剂流出温度，
Figure BDA0002822467970000164
是从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，以及
Figure BDA0002822467970000165
是从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递。
根据本公开，假设在温度状态估计器301(图3)的热状态模型307的应用期间不存在发动机冷却剂流。因此，发动机冷却剂质量流量
Figure BDA0002822467970000166
假设为零，位于等式[18]的右侧第一项为零。其余的热传递
Figure BDA0002822467970000167
和
Figure BDA0002822467970000168
根据方程中的各个相邻热介质温度差进一步定义为[2]和[19]，如下：
Figure BDA0002822467970000169
其中，
Figure BDA00028224679700001610
是气缸壁到冷却剂的热传递系数，
Figure BDA00028224679700001611
是气缸壁到冷却剂界面的表面积，
Figure BDA00028224679700001612
是气缸壁温度，并且
Figure BDA00028224679700001613
是发动机冷却剂流出温度。
Figure BDA00028224679700001614
其中，
Figure BDA00028224679700001615
是发动机冷却剂到发动机缸体的传热系数，
Figure BDA00028224679700001616
是发动机冷却剂到发动机缸体界面的表面积，
Figure BDA00028224679700001617
是发动机冷却剂流出的温度，并且
Figure BDA00028224679700001618
是发动机缸体温度。
[18]中的发动机冷却剂温度动力学分别结合等式[2]和[19]中的气缸壁到发动机冷却剂和发动机冷却剂到发动机缸体的热传递当量，因此可重新表述为如下的发动机冷却剂流出温度动力学关系[20]：
Figure BDA00028224679700001619
因此，方程[20]中发动机冷却剂温度动力学关系的完全定义形式。提供了发动机冷却剂流出温度动力学关系312，该关系在温度状态估计器301(图3)的热状态模型307中使用，以返回对于发动机冷却剂流出温度
Figure BDA00028224679700001620
的估计温度
Figure BDA00028224679700001621
发动机缸体温度动力学关系314包括定义发动机缸体温度动力学关系如下面等式[21]：
Figure BDA0002822467970000171
其中，
Figure BDA0002822467970000172
是发动机缸体的质量，
Figure BDA0002822467970000173
是发动机缸体的比热，
Figure BDA0002822467970000174
是发动机缸体温度，
Figure BDA0002822467970000175
是从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递，
Figure BDA0002822467970000176
是从机油到发动机缸体的热传递，以及
Figure BDA0002822467970000177
是从发动机缸体到周围空气的热量传递。
热传递
Figure BDA0002822467970000178
和
Figure BDA0002822467970000179
根据方程[19]，[22]和[23]中的各个相邻热介质温度差进一步定义如下：
Figure BDA00028224679700001710
其中，
Figure BDA00028224679700001711
是发动机冷却剂到发动机缸体的传热系数，
Figure BDA00028224679700001712
是发动机冷却剂到发动机缸体界面的表面积，
Figure BDA00028224679700001713
是发动机冷却剂流出温度，并且
Figure BDA00028224679700001714
是发动机缸体温度。
Figure BDA00028224679700001715
其中，
Figure BDA00028224679700001716
是机油对发动机缸体的传热系数，
Figure BDA00028224679700001717
是机油与发动机缸体界面的表面积，
Figure BDA00028224679700001718
是机油温度，并且
Figure BDA00028224679700001719
是发动机缸体温度。
Figure BDA00028224679700001720
其中，
Figure BDA00028224679700001721
是发动机缸体到周围空气的热传递系数，
Figure BDA00028224679700001722
是发动机缸体到环境空气界面表面积的大小，
Figure BDA00028224679700001723
是发动机缸体温度，并且
Tamb是环境空气温度。
等式[21]中的发动机缸体温度动力学关系式结合了发动机冷却剂到发动机缸体，机油到发动机缸体和发动机缸体到环境空气的热传递当量等式[19]，[22]和[23]，因此可以重新表达为以下等式[24]中的发动机缸体温度动力学关系：
Figure BDA00028224679700001724
因此，方程[24]中的发动机缸体温度动力学关系的完全定义形式提供了在温度状态估计器301(图3)的热状态模型307中利用的发动机缸体温度动力学关系314，以返回对于发动机缸体温度
Figure BDA0002822467970000181
的估计温度
Figure BDA0002822467970000182
机油温度动力学关系316包括如下[25]定义机油温度动力学关系：
Figure BDA0002822467970000183
其中，
Figure BDA0002822467970000184
是机油的质量，
Figure BDA0002822467970000185
是机油的比热，
Figure BDA0002822467970000186
是机油温度，
Figure BDA0002822467970000187
是从气缸壁到机油的热传递，
Figure BDA0002822467970000188
是从发动机冷却剂到机油的热传递，
Figure BDA0002822467970000189
是从发动机缸体到机油的热传递，以及
Sfric是机械摩擦产生的传递给机油的热量。
热传递
Figure BDA00028224679700001810
和
Figure BDA00028224679700001811
根据方程[3]，[26]和[27]中的各个相邻热介质温度差进一步定义如下：
Figure BDA00028224679700001812
其中，
Figure BDA00028224679700001813
是气缸壁对机油的传热系数，
Figure BDA00028224679700001814
是气缸壁到机油界面的表面积，
Figure BDA00028224679700001815
是气缸壁温度，并且
Figure BDA00028224679700001816
是机油温度。
Figure BDA00028224679700001817
其中，
Figure BDA00028224679700001818
是发动机冷却剂对机油的传热系数，
Figure BDA00028224679700001819
是发动机冷却剂到机油界面的表面积，
Figure BDA00028224679700001820
是机油热换热器冷却剂流出温度，是离开机油热换热器的发动机冷却剂温度，并且
Figure BDA00028224679700001821
是机油温度。
Figure BDA00028224679700001822
其中，
Figure BDA00028224679700001823
是发动机缸体到机油的传热系数，
Figure BDA00028224679700001824
是发动机缸体到机油界面的表面积，
Figure BDA00028224679700001825
是发动机缸体温度，并且
Figure BDA00028224679700001826
是机油温度。
机械摩擦产生的热量Sfric已知是发动机转速的函数。因此，Sfric可以简单地使用发动机转速ωeng从查询表中查询，作为独立参考变量返回Sfric。如本领域普通技术人员所理解的，可以在发动机开发和校准期间确定这种查找表数据。机油温度动力学关系式[25]如下，其结合等式[3]、[26]和[27]的气缸壁到机油，发动机冷却剂到机油以及发动机缸体到机油的热传递当量，因此重新表述为以下等式[28]中的机油温度动力学关系：
Figure BDA0002822467970000191
因此，方程[28]中的机油温度动力学关系的完全定义形式提供了在温度状态估计器301(图3)的热状态模型307中使用的机油温度动力学关系316，以返回对于机油温
Figure BDA0002822467970000192
的估计温度
Figure BDA0002822467970000193
图5示出了根据本公开的触发冷却剂流动的过程的示例性流程图500。另外参考图1和图2，通过维持与冷却剂流有关的静态条件，能够快速获得内燃发动机系统101的燃烧室103内的最佳燃烧条件。然而，一旦达到了这种燃烧条件，冷却剂就可以期望地循环，包括例如流向散热器209和机油热换热器254，以防止发动机内发生不希望的热事件。流程图500表示可以经由例如发动机控制器145内的可执行软件例程执行的步骤。该过程可以在启动内燃发动机(501)时启动，之后进入发动机冷却剂流量触发例程(503)。对冷却剂流的请求可以例如通过重复的预定检查、事件驱动的检查、呼叫等而被持续监控(505)，并且如果被请求(507)、(508)，则可以实现冷却剂流(515)。根据本公开，冷却剂流可以通过本文所述的旋转泵213(图2)来实现。如本文所述，在实现冷却剂流之后，冷却剂流最初可以经由本文所述的旁通回路被限制为发动机再循环。另外参考图2，流量控制可以由阀241和旋转阀251实现通过散热器209、机油热换热器254或其他冷却剂回路，例如，车厢加热器芯(未示出)。在实现冷却剂流(515)之后，可以退出例程(517)。在请求冷却剂流量监测之后(505)，如果不请求冷却剂流量(507)、(510)，则可以连续地执行根据本公开的温度状态估计器301(图3)确定。外部变量305(图3)可以提供至热状态模型307(图3)(509)。除了其他估计之外，在(511)热状态模型307还可以返回估计的气缸壁温度
Figure BDA0002822467970000194
在(513)比较估计的气缸壁温度
Figure BDA0002822467970000195
与预定的触发阈值。当估计气缸壁温度
Figure BDA0002822467970000196
超过触发阈值时(513)，(514)，可在(515)请求冷却剂流并实现。否则，当估算的气缸壁温度
Figure BDA0002822467970000201
没有超过触发阈值(513)、(512)时，则例程可以持续监视对冷却剂流的请求(505)。
除非明确描述为“直接的”，否则当在上述公开中描述第一和第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一和第二元件之间不存在其他介入元件的直接关系，但是也可以是在第一和第二元件之间存在一个或多个介入元件(在空间上或功能上)的间接关系。
应当理解，一方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行，而不改变本公开的原理。此外，尽管每个实施例在上面被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在任何其他实施例中实现和/或与任何其他实施例的特征相结合，即使该结合没有被明确描述。换句话说，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍在本公开的范围内。虽然已经参考示例性实施例描述了上述公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且等同物可以替代其元件。此外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于控制内燃发动机的方法，该内燃发动机包括发动机缸体、包括气缸壁的燃烧气缸、机油和发动机冷却剂，所述方法包括：
在温度状态估计器中估计气缸壁温度；
比较估计的气缸壁温度与预定温度阈值；以及
当估计的气缸壁温度超过预定温度阈值时，在发动机中循环发动机冷却剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述温度状态估计器包括基于在内燃发动机内的模型化的热传递的多个温度动力学关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在内燃发动机内的模型化的热传递包括
Figure FDA0002822467960000011
和
Figure FDA0002822467960000012
其中：
Figure FDA0002822467960000013
包括从燃烧气体到气缸壁的热传递，
Figure FDA0002822467960000014
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，
Figure FDA0002822467960000015
包括从气缸壁到机油的热传递，
Figure FDA0002822467960000016
包括从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递，
Figure FDA0002822467960000017
包括从发动机缸体到周围空气的热传递，以及
Figure FDA0002822467960000018
包括从机油到发动机缸体的热量传递。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个温度动力学关系包括气缸壁温度动力学关系，所述气缸壁温度动力学关系包括基于所述气缸内绝热温度升高占所述气缸内燃烧气体温度升高的分数的燃烧气体至气缸壁热传递项。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个温度动力学关系包括如下的气缸壁温度动力学关系：
Figure FDA0002822467960000019
其中，
Figure FDA00028224679600000110
包括气缸壁的质量
Figure FDA00028224679600000111
包括气缸壁的比热，
Figure FDA00028224679600000112
包括气缸壁的温度，
Figure FDA00028224679600000113
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，
Figure FDA00028224679600000114
包括从气缸壁到机油的热传递，以及
Figure FDA0002822467960000021
包括从燃烧气体到气缸壁的热传递。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，从燃烧气体到气缸壁的热传递
Figure FDA0002822467960000022
根据以下关系确定：
Figure FDA0002822467960000023
其中，B包括气缸孔直径
kg包括气缸壁的热导率，
Re包括雷诺数，
a和b包含发动机特定参数，以及
Tg,corr包括燃烧气体温度校正项，其部分地基于气缸内绝热温度升高占气缸内燃烧气体温度升高的分数。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个温度动力学关系包括气缸壁温度动力学关系
Figure FDA0002822467960000024
其中，
Figure FDA0002822467960000025
包括气缸壁的质量，
Figure FDA0002822467960000026
包括气缸壁的比热，
Figure FDA0002822467960000027
包括气缸壁的温度，
Figure FDA0002822467960000028
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，
Figure FDA0002822467960000029
包括从气缸壁到机油的热传递，以及
Figure FDA00028224679600000210
包括从燃烧气体到气缸壁的热传递；
发动机冷却剂流出温度动力学关系
Figure FDA00028224679600000211
其中，
Figure FDA00028224679600000212
包括在围绕气缸壁的通道中的发动机冷却剂的质量，
Figure FDA00028224679600000213
包括发动机冷却剂的比热，
Figure FDA00028224679600000214
包括发动机冷却剂流出温度，
Figure FDA00028224679600000215
包括从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，以及
Figure FDA00028224679600000216
包括从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递；
发动机缸体温度动力学关系
Figure FDA00028224679600000217
其中，
Figure FDA00028224679600000218
包括发动机缸体的质量，
Figure FDA0002822467960000031
包括发动机缸体的比热，
Figure FDA0002822467960000032
包括发动机缸体温度，
Figure FDA0002822467960000033
包括从发动机冷却剂到发动机缸体的热传递，
Figure FDA0002822467960000034
包括从机油到发动机缸体的热传递，以及
Figure FDA0002822467960000035
包括从发动机缸体到周围空气的热传递；
机油温度动力学关系
Figure FDA0002822467960000036
其中，
Figure FDA0002822467960000037
包括机油的质量，
Figure FDA0002822467960000038
包括机油的比热，
Figure FDA0002822467960000039
包括机油温度
Figure FDA00028224679600000310
包括从气缸壁到机油的热传递，
Figure FDA00028224679600000311
包括从发动机冷却剂到机油的热传递，
Figure FDA00028224679600000312
包括从发动机缸体到机油的热传递，以及
Sfric包含来自机械摩擦的传递给机油的热量。
8.一种控制内燃发动机的设备，内燃发动机包括发动机缸体、具有气缸壁的燃烧气缸、机油和发动机冷却剂，包括：
发动机冷却剂泵；
发动机缸体温度传感器，用于测量发动机缸体温度；
发动机冷却剂流出温度传感器，用于测量发动机冷却剂流出温度；
机油温度传感器，用于测量机油温度；和
控制模块，其执行热状态模型，该热状态模型包括发动机缸体温度、发动机冷却剂流出温度和机油温度作为状态变量输入，该热状态模型包括多个温度状态方程，包括气缸壁温度状态方程，气缸壁温度状态方程包括基于燃烧绝热效率的燃烧气体到气缸壁的热传递项，该热状态模型提供估计的气缸壁温度，所述控制模块根据估计的气缸壁温度控制发动机冷却剂泵。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个温度状态方程包括如下的气缸壁温度状态方程：
Figure FDA00028224679600000313
其中，
Figure FDA00028224679600000314
是气缸壁的质量，
Figure FDA0002822467960000041
是气缸壁的比热，
Figure FDA0002822467960000042
是气缸壁温度，
Figure FDA0002822467960000043
是从气缸壁到发动机冷却剂的热传递，
Figure FDA0002822467960000044
是从气缸壁到机油的热传递，并且
Figure FDA0002822467960000045
是从燃烧气体到气缸壁的热传递。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，从燃烧气体到气缸壁的热传递
Figure FDA0002822467960000046
根据以下关系确定：
Figure FDA0002822467960000047
其中，B是气缸孔直径，
kg是气缸壁的导热系数，
Re是雷诺数，
a和b是发动机特定的参数，以及
Tg,corr是燃烧气体温度校正项，其部分地基于气缸内绝热温度升高占气缸内燃烧气体温度升高的分数。
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